МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное Государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра Санитарно-технических систем
Методические указания к практическим занятиям
дисциплины
Термодинамические процессы в системах тгв
Направление подготовки: 270800 - СТРОИТЕЛЬСТВО
Профиль подготовки: Теплогазоснабжение и вентиляция
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная, заочная и сокращенная
Тула 2012 г.
Методические указания по практическим работам составлены доцентом кафедры СТС Марковой Т.А. и обсуждены на заседании кафедры СТС Горно-строительного факультета
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________Р.А. Ковалев
Методические указания по практическим работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СТС Горно-строительного факультета
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________Р.А. Ковалев
ВВЕДЕНИЕ
Целями практических занятий «Термодинамические процессы в ТГВ» являются - подготовка студентов к усвоению вопросов получения тепловой энергии, понятию основ работы различного рода теплосиловых установок. Подготовка студентов к усвоению данных вопросов при изучении спецкурсов, на стадии дипломного проектирования и в производственной деятельности
Задачами проведения практических занятий «Термодинамические процессы в ТГВ» являются:
освоение знаний о термодинамических явлениях; величинах, характеризующих эти явления; законах, которым они подчиняются; методах научного познания природы и формирование на этой основе представлений о физической картине мира; знакомство с основами технической термодинамики как одной из важнейших прикладных физических теорий;
применение знаний для объяснения явлений природы, свойств вещества, принципов работы термодинамических устройств, решения физических задач по термодинамике;
организация деятельности, направленной на применение полученных знаний в учебной деятельности по технической термодинамике.
ТЕМА 1
Основные термодинамические
Параметры состояния
Задача № 1
Найти абсолютное давление пара в котле, если манометр показывает рман = 0,13 Мпа, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет В = 680 мм рт. ст (90660 Па) при t =25 0С.
Решение: Показание барометра, полученное при температуре ртути t =25 0С, необходимо привести к 0 0С.
В0 =В∙(1− 0,000172∙t)= 90600∙0,9957 = 90270 Па
Тогда абсолютное давление пара в котле
рабс = рман + В0 = 0,13 + 0,09 = 0,22 Мпа.
Задача № 1
Ртутный вакуумметр, присоединенный к сосуду, показывает разрежение рвак = 420 мм рт. ст.(56 кПа) при температуре ртути в вакуумметре t =20 0С. Давление атмосферы ко ртутному барометру В = 768 мм рт. ст. (102,4 кПа) при температуре ртути t =18 0С. Определить абсолютное давление в сосуде.
Решение: Разрежение в сосуде, приведенное к t =0 0С
р0 = рвак∙(1− 0,000172∙ t)=56∙0,99656 = 55,8 кПа.
Барометрическое давление, приведенное к t =0 0С
В0 = В∙(1− 0,000172∙ t)= 102,4∙0,9969 = 102,1 кПа.
Абсолютное давление в сосуде
рабс = В0 − рвак = 102,1 – 55,8 = 46,3 кПа.
Задача № 3
Давление в паровом котле рман = 0,04 МПа при барометрическом давлении В01 =96600 Па. Чему будет равно избыточное давление в котле, если показание барометра повысится до В02 =104660 Па, а состояние пара в котле останется прежним? Барометрическое давление приведено к t =0 0С.
Задача № 4
Температура пара, выходящего из пароподогревателя парового котла, равна 950 0F. Перевести эту температуру в 0С.
Задача № 5
Какая температура в градусах Фаренгейта соответствует абсолютному нулю?
Задача № 6
В сосуде объемом 0,9 м3 находится 1,5 кг окиси углерода. Определить удельный объем и плотность окиси углерода при указанных условиях.
ТЕМА 2
УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Задача № 1
Найти массу 5 м3 водорода, 5 м3 кислорода и 5 м3 углекислого газа при давлении 0,6 МПа и температуре 100 0С.
Значение газовых постоянных RH2 = 4124 Дж/ (кг∙0С), Ro2 = 259,8 Дж/(кг∙0С), Rco2 = 188,9 Дж/ (кг∙0С). Следовательно,
Задача № 2
Определить массу углекислого газа в сосуде с объемом V = 4 м3 при t = 80 0С. Давление газа по манометру равно 0,04 МПа. Барометрическое давление В = 103990 Па при t = 20 0С.
Задача № 3
Какой объем занимает 1 кг азота при температуре 70 0С и давлении 0,2 МПа?
Задача № 4
Баллон с кислородом емкостью 20 л находится под давлением 10 МПа при t= 15 0C. После израсходования части кислорода давление понизилось до 7,6 МПа, а температура упала до 10 0С. Определить массу израсходованного кислорода.
Задача № 5
Сосуд емкостью V = 10 м3 заполнен 25 кг СО2. Определить абсолютное давление в сосуде, если температура в нем t = 27 0С.
ТЕМА 3
ГАЗОВЫЕ СМЕСИ
Задача № 1
Атмосферный воздух имеет следующий массовый состав: mo2 =23,2 %, mN2 = 76,8 %. Определить объемный состав воздуха, его газовую постоянную, кажущуюся молекулярную массу и парциальное давление кислорода и азота, если давление воздуха по барометру В = 101325 Па.
Решение: Объемные доли
Газовая постоянная воздуха
Задача № 2
Смесь газов состоит из водорода и окиси углерода. Массовая доля водорода mH2 = 6,7 %. Найти газовую постоянную смеси и ее удельный объем при нормальных условиях ( рн = 101325 Па, Тн =273 К).
Задача № 3
В резервуаре емкостью 125 м3 находится коксовый газ при давлении р = 0,5 МПа и температуре t = 18 0С. Объемный состав газа: rH2 = 0,46; rCH4 = 0,32; rCO = 0,15; rN2 = 0,07. После израсходования некоторого количества газа давление его понизилось до 0,3 МПа, а температура – до 12 0С. Определить массу израсходованного коксового газа.
Задача № 4
Смесь газа имеет следующий массовый состав: CO2 = 18 %, О2 = 12 %, N2 = 70 %. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при t = 180 0С 8 кг ее занимали объем, равный 4 м3.
Задача № 5
Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа рСО2 = 120 кПа, а давление смеси рсм = 300 кПа.
ТЕМА 4
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ
Задача № 1
Найти объемную теплоемкость кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении, считая С = const.
Решение: Из таблиц для двухатомных газов
Следовательно, для кислорода (и любого двухфазного газа)
Задача № 2
Воздух в количестве 6 м3 при давлении р1 = 0,3 МПа и температуре t1 = 25 0С нагревается при постоянном давлении до t2 = 130 0С. Определить количество подведенной к воздуху теплоты, считая С = const.
Решение: Для изобарного процесса
Задача № 3
В закрытом сосуде объемом V = 300 л находится воздух при давлении р1 = 0,8 МПа и температуре t1 = 20 0C. Какое количество теплоты необходимо подвести для того, чтобы температура воздуха поднялась до t2 =120 0C? Теплоемкость воздуха принять постоянной.
Задача № 4
В сосуде объемом 200 л находится кислород при давлении р1 = 0,2 МПа и температуре t1 = 20 0C. Какое количество теплоты необходимо подвести, чтобы температура кислорода повысилась до t2 = 300 0C? Какое давление установится при этом в сосуде? Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной.
ТЕМА 5
ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
Задача № 1
В котельной электрической станции за 20 часов работы сожжены 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания 28900 кДж/кг. Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 18 % теплоты, полученной при сгорании угля.
Решение: Количество теплоты, превращенной в электрическую энергию за 20 часов работы
Задача № 2
Определить часовой расход топлива, необходимого для работы паровой турбины мощностью 500кВт, если теплотворная способность топлива 30000 кДж/кг, а КПД установки 20 %.
Задача № 3
В котельной электростанции за 10 часов работы сожжено 100т каменного угля с теплотворностью 28000 кДж/кг. Определить количество выработанной электроэнергии и мощность электростанции, если КПД станции 20 %.
Задача № 4
В сосуд, содержащий 5 л воды при температуре 20 0С, помещен электронагреватель мощностью 800 Вт. Определить, сколько времени потребуется, чтобы вода нагрелась до температуры кипения 100 0С. Потерями теплоты сосуда в окружающую среду пренебречь.
Задача № 5
В калориметр, содержащий 0,6 кг воды при t = 20 0C, опускают стальной образец массой 0,4 кг, нагретый до 200 0С. Найти теплоемкость стали, если повышение температуры воды составило 12,5 0С. Массой собственно калориметра пренебречь.
ТЕМА 6
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Задача № 1
В закрытом сосуде емкостью V = 0,6 м3 содержится воздух при давлении р1 = 0,5 МПа и температуре t1 = 20 0C. В результате охлаждения сосуда воздух, содержащийся в нем, теряет 105 кДж теплоты. Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить какое давление и какая температура установятся после этого в сосуде.
Решение: Массу в сосуде найдем из уравнения состояния
Количество теплоты, отводимой от воздуха в процессе
Из соотношения параметров в изохорном процессе имеем
